Smartphones kunnen ons aanwijzingen geven als we verdwaald zijn, het verzenden van foto's en video's naar onze vrienden in slechts enkele seconden, en zelfs om ons te helpen de beste hamburgertent in een straal van vijf kilometer te vinden. Maar onderzoekers van de Universiteit van Houston gebruiken smartphones voor een andere zeer belangrijke functie:het diagnosticeren van ziekten in realtime.

De onderzoekers ontwikkelen een diagnostisch systeem voor ziekten dat resultaten biedt die kunnen worden gelezen met alleen een smartphone en een lensbevestiging van $ 20.

Het systeem is het geesteskind van Jiming Bao, assistent-professor elektrische en computertechniek, en Richard Willson, Huffington-Woestemeyer hoogleraar chemische en biomoleculaire engineering. Het is gemaakt door subsidies van de National Institutes of Health en The Welch Foundation, en was te zien in februari in ACS Fotonica .

Dit nieuwe apparaat, zoals in wezen alle diagnostische hulpmiddelen, vertrouwt op specifieke chemische interacties die zich vormen tussen iets dat een ziekte veroorzaakt – een virus of bacterie, bijvoorbeeld - en een molecuul dat alleen met dat ene ding bindt, als een ziektebestrijdend antilichaam. Een binding die zich vormt tussen een streptokokkenbacterie en een antilichaam dat alleen interageert met streptokokken, bijvoorbeeld, kan een ijzersterke diagnose ondersteunen.

De truc is om een ​​manier te vinden om deze chemische interacties snel te detecteren, goedkoop en gemakkelijk. De door Bao en Willson voorgestelde oplossing omvat een eenvoudig glasplaatje en een dunne film van goud met duizenden gaten erin.

Het maken van deze dia is op zich al een prestatie. Deze taak, onder leiding van Bao, begint met een standaard dia bedekt met een lichtgevoelig materiaal dat bekend staat als fotoresist. Vervolgens gebruikt hij een laser om een ​​reeks interferentieranden - in feite lijnen - op de dia te creëren, en roteert het vervolgens 90 graden en creëert een nieuwe reeks interferentieranden. De snijpunten van deze twee reeksen lijnen creëren een visnetpatroon van UV-belichting op de fotoresist. De fotoresist wordt vervolgens ontwikkeld en weggespoeld.

Terwijl het grootste deel van de dia dan wordt gewist, de door elkaar kruisende laserlijnen omgeven plekken – de 'gaten' in het visnet - blijven bedekt, vormen in feite pijlers van fotoresist.

Volgende, hij stelt de dia bloot aan verdampt goud, die hecht aan fotoresist en het omringende schone glasoppervlak. Bao voert dan een procedure uit die lift-off wordt genoemd, die in wezen de fotoresistpilaren en de goudfilm die eraan vastzit, wegspoelt.

Het eindresultaat is een glasplaatje bedekt met een gouden film met geordende rijen en kolommen van transparante gaten waar licht doorheen kan.

Deze gaten, elk ongeveer 600 nanometer meten, zijn de sleutel tot het systeem. Het apparaat van Willson en Bao diagnosticeert een ziekte door het licht te blokkeren met een ziekte-antilichaambinding - plus een paar extra ingrediënten.

Hier komt Willson om de hoek kijken. Een internationaal bekende biomoleculaire ingenieur, Willson begint met het plaatsen van antistoffen tegen de ziekte in de gaten, waar ze worden overgehaald om aan het glasoppervlak te kleven. Volgende, hij laat een biologisch monster over het glaasje stromen. Als het monster de gezochte bacterie of het virus bevat, het zal binden met het antilichaam in het gat.

Deze band alleen Hoewel, blokkeert het licht niet. "Het ding dat zich aan het antilichaam bindt, is waarschijnlijk niet groot en grijs genoeg om dit gat donkerder te maken, dus je moet een manier vinden om het op de een of andere manier donkerder te maken, ' zei Willson.

Willson bereikt dit door een tweede ronde van antilichamen die zich aan de bacteriën hechten over het objectglaasje te laten stromen. Aan deze antilichamen zijn enzymen verbonden die zilverdeeltjes produceren bij blootstelling aan bepaalde chemicaliën. Met deze tweede set antilichamen nu gehecht aan bacteriën in de gaten, Willson stelt vervolgens het hele systeem bloot aan de chemicaliën die de zilverproductie stimuleren.

Ongeveer 15 minuten later spoelt hij de glijbaan af. Dankzij de chemische eigenschappen van het goud, de zilverdeeltjes in de gaatjes blijven op hun plaats, licht volledig blokkeren.

Hier komt de smartphone om de hoek kijken. Een van de voordelen van dit systeem is dat de resultaten met eenvoudige tools kunnen worden uitgelezen. Een basismicroscoop die wordt gebruikt in klaslokalen op de basisschool, Willson zei, geeft voldoende licht en vergroting om te laten zien of de gaten verstopt zijn. Met een paar kleine aanpassingen, een soortgelijke meting zou vrijwel zeker kunnen worden gedaan met de camera van een telefoon, flitser en een bevestigbare lens.

Dit systeem, dan, belooft uitlezingen die betaalbaar en gemakkelijk te interpreteren zijn.

"Sommige van de meer geavanceerde diagnostische systemen hebben $ 200 nodig, 000 aan instrumentatie om de resultaten te lezen, "zei Willson. "Hiermee, je kunt $ 20 toevoegen aan een telefoon die je al hebt en je bent klaar."

Er moeten nog grote technische hindernissen worden genomen voordat het systeem kan worden uitgerold, merkte Willson op. Een van de grootste uitdagingen is het vinden van een manier om de bacteriën en virussen in het monster naar het oppervlak van het objectglaasje te drijven om de meest nauwkeurige resultaten te garanderen.

Maar als die problemen worden overwonnen, het systeem zou een uitstekend hulpmiddel zijn voor zorgverleners in het veld.

Op de plaats van een bedrijfsongeval, bijvoorbeeld, de gaten op een enkel objectglaasje zouden kunnen worden gevuld met moleculen die zich binden met 10 potentiële verontreinigingen, waardoor responsteams de situatie snel kunnen beoordelen. In economisch achtergestelde gebieden, een dergelijk systeem zou kunnen worden gebruikt om grote groepen mensen te screenen op wijdverbreide en ernstige gezondheidsproblemen, zoals suikerziekte.

"Er zijn veel situaties waarin een betaalbaar diagnostisch hulpmiddel dat eenvoudig te gebruiken en te interpreteren is, zeer nuttig kan zijn, "zei Willson. "Als zowel je wegwerpartikelen als je lezer goedkoop zijn, dat maakt het een stuk eenvoudiger om je systeem uit te breiden naar de echte wereld."